TWI742208B - 離子植入機以及將離子植入半導體基板中的方法 - Google Patents

離子植入機以及將離子植入半導體基板中的方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI742208B
TWI742208B TW106141785A TW106141785A TWI742208B TW I742208 B TWI742208 B TW I742208B TW 106141785 A TW106141785 A TW 106141785A TW 106141785 A TW106141785 A TW 106141785A TW I742208 B TWI742208 B TW I742208B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
dissociation chamber
chamber
dissociation
magnetic material
plates
Prior art date
Application number
TW106141785A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201824366A (zh
Inventor
林琮閔
簡芳記
周宏昕
石兆立
李明星
Original Assignee
台灣積體電路製造股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 台灣積體電路製造股份有限公司 filed Critical 台灣積體電路製造股份有限公司
Publication of TW201824366A publication Critical patent/TW201824366A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI742208B publication Critical patent/TWI742208B/zh

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/3266—Magnetic control means
    • H01J37/32678—Electron cyclotron resonance
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/30—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
    • H01J37/317—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for changing properties of the objects or for applying thin layers thereon, e.g. for ion implantation
    • H01J37/3171—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for changing properties of the objects or for applying thin layers thereon, e.g. for ion implantation for ion implantation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
    • H01J37/08—Ion sources; Ion guns
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32192—Microwave generated discharge
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32412—Plasma immersion ion implantation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32623—Mechanical discharge control means
    • H01J37/32651—Shields, e.g. dark space shields, Faraday shields
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/26—Bombardment with radiation
    • H01L21/263—Bombardment with radiation with high-energy radiation
    • H01L21/265—Bombardment with radiation with high-energy radiation producing ion implantation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/32—Processing objects by plasma generation
    • H01J2237/33—Processing objects by plasma generation characterised by the type of processing
    • H01J2237/336—Changing physical properties of treated surfaces
    • H01J2237/3365—Plasma source implantation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32192—Microwave generated discharge
    • H01J37/32211—Means for coupling power to the plasma
    • H01J37/32229—Waveguides

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

一種離子植入機包括離解腔室，離解腔室位於離子植入機中。離解腔室具有用於接收氣體的輸入口及用於輸出離子的輸出口。真空腔室環繞離解腔室。多個磁性材料棒或板在離解腔室的至少兩側上與離解腔室相鄰。磁體磁性耦合至所述多個磁性材料棒或板。微波源用於向離解腔室供應微波，以在離解腔室中引起電子迴旋共振來將氣體電離。

Description

離子植入機以及將離子植入半導體基板中的方法
本發明實施例是有關於一種離子植入機以及將離子植入半導體基板中的方法。
在半導體製作中使用離子植入機來將雜質離子(也被稱作摻雜劑)引入至半導體材料中。植入機會產生含有雜質離子的電漿。電磁場使離子加速到為2keV或高於2keV的能量，使得離子植入到半導體基板的表面以下。
霍爾電流離子植入機(Hall-current ion implanter)使用熱纖絲(heated filament)或熱陰極來產生用於離解的熱電子。熱電子對離解腔室內的加工氣體分子進行轟擊，從而引起電離(ionization)，且所釋放的電子會在鏈式反應(chain reaction)中繼續撞擊其他氣體分子以生成更多離子，直至離子觸到弧形腔室的側壁為止。
隨著時間的推移，熱纖絲及熱陰極可能氧化而被消耗，因而會使氣化的鎢原子濺出。此會產生副產物且會降低源頭壽命(source head lifetime)。
本發明實施例提供一種離子植入機以及將離子植入半導體基板中的方法，其可提高離子植入機的壽命及降低離子植入機的維護成本。
本發明實施例的一種離子植入機包括離解腔室，所述離解腔室位於所述離子植入機中。所述離解腔室具有用於接收氣體的輸入口及用於輸出離子的輸出口。真空腔室環繞所述離解腔室。多個磁性材料棒或板在所述離解腔室的至少兩側上與所述離解腔室相鄰。磁體磁性耦合至所述多個磁性材料棒或板。微波源被提供用於向所述離解腔室供應微波，以在所述離解腔室中引起電子迴旋共振來將所述氣體電離。
為讓本發明實施例的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
100:植入機系統/離子植入機
101:標準氣壓區
102:真空區
103:腔室壁
104a:凸緣外部
104b:凸緣內部
106:離解腔室
107:輸出口
108:電漿腔室
110:抑制板
112:提取板/提取電極
112a:開口
114:套管
116:板
118:朗繆爾探針
118L:信號線
120:氣體管線
121:輸入口
150:微波源/磁控管
152:微波傳輸介質/波導
152f-1、152f-2:凸緣/波導凸緣
154:永久磁體/磁體
156a、156b:磁性材料棒或板
160:匹配電路
162:環行器
164:入水口
166:出水口
168:匹配裝置
172:環狀空間
180:格柵/金屬格柵
190:基板
204:源頭本體/殼體
600、602、604、606、608、610、612、700、702、704、706、708、710:步驟
B:磁場
圖1是根據某些實施例的離子植入機的示意圖。
圖2是根據某些實施例的圖1所示離子植入機的圖。
圖3是根據某些實施例的離子植入機的簡化示意圖。
圖4是根據某些實施例的圖1所示離解腔室的放大圖。
圖5是根據某些實施例的圖4所示離解腔室的前視圖。
圖6是根據某些實施例的將電子迴旋共振(electron cyclotron resonance，ECR)系統改裝至配備有熱纖絲電漿源的先已存在的(傳統的)植入機中的方法的流程圖。
圖7是根據某些實施例的使用圖1所示ECR電漿產生系統的方法的流程圖。
以下揭露內容提供用於實作所提供主題的不同特徵的許多不同的實施例或實例。以下闡述元件及排列的具體實例以簡化本發明實施例。當然，這些僅為實例且不旨在進行限制。舉例來說，以下說明中將第一特徵形成在第二特徵「之上」或第二特徵「上」可包括其中第一特徵及第二特徵被形成為直接接觸的實施例，且也可包括其中第一特徵與第二特徵之間可形成有附加特徵、進而使得所述第一特徵與所述第二特徵可能不直接接觸的實施例。另外，本公開內容可能在各種實例中重複使用參考編號及/或字母。這種重複使用是出於簡潔及清晰的目的，而不是自身表示所論述的各種實施例及/或配置之間的關係。
此外，為易於說明，本文中可能使用例如「之下(beneath)」、「下面(below)」、「下部的(lower)」、「上方(above)”、「上部 的(upper)」等空間相對性用語來闡述圖中所示的一個元件或特徵與另一(其他)元件或特徵的關係。所述空間相對性用語旨在除圖中所繪示的取向外還囊括裝置在使用或操作中的不同取向。設備可具有其他取向(旋轉90度或處於其他取向)且本文中所用的空間相對性描述語可同樣相應地進行解釋。
在某些實施例中，離子植入機用於使用電子迴旋共振來執行氣體離解。離解腔室中建立有磁場且微波信號被饋送至離解腔室中以引起電子迴旋共振。在某些實施例中，磁場是使用位於殼體外的磁體而被提供至位在緊密真空的殼體內的離解腔室。在某些實施例中，多個磁性材料棒或板可將殼體外的磁體耦合至離解腔室。在某些實施例中，格柵(grid)可被放置在離解腔室的輸出口處，以將微波從電漿分離。
圖1是根據某些實施例的植入機系統100的示意圖。植入機系統100具有兩個分立的區：標準氣壓區101與真空區102。
離子植入機100包括位於離子植入機100的真空區102內的離解腔室106，以將氣體離解成離子。圖4及圖5是離解腔室106的放大示意圖。離解腔室106具有用於從氣體管線120接收氣體的輸入口121及用於將離子輸出至電漿腔室108的輸出口107。離子被收集在電漿腔室108中以被植入半導體基板190的表面中。在此過程中，離子被視為摻雜劑，且被植入的離子可為硼、磷或其他會變更基板190的薄層中的載流子遷移率(carrier mobility)的 種類。
離解腔室106及電漿腔室108位於真空區102內。真空區102具有腔室壁103、具有凸緣外部104a及凸緣內部104b的凸緣以及由非導電性材料製成的隔離套管(isolating bushing)114。凸緣外部104a/凸緣內部104b代表源頭本體(霍爾電流本體)。板116以密封形式嚙合凸緣外部104a。腔室壁103、凸緣內部104b、套管114及板116一起形成真空區102的密封殼體。
凸緣外部104a、凸緣內部104b在電漿形成期間維持處於高電壓，例如介於0伏特至250K伏特範圍內的電壓。真空腔室的腔室壁103接地。離開電漿腔室的離子(圖中未示出)帶正電荷。提取板112耦合至地，從而在電漿腔室108的輸出口與提取板112之間生成電場。提取板112從電漿腔室108吸引離子，以經由所述提取板中的開口112a朝基板190引導離子束。當提取板112被離子轟擊時，提取板還會釋放二次電子(secondary electron)。抑制板110會防止二次電子衝撞電漿腔室108。凸緣外部104a、凸緣內部104b、腔室壁103、提取板112及抑制板110都包含高導電性材料，例如鋁、銅或者其他金屬或合金。
位於標準氣壓區101中的微波源150向離解腔室106提供電磁波(例如微波)，以在離解腔室106中引起電子迴旋共振來將氣體電離。在某些實施例中，微波源是磁控管(magnetron)150。在其他實施例中，微波源可為速調管(klystron)或行波管 (traveling-wave tube，TWT)。
微波傳輸介質152連接于微波源150與離解腔室106之間。在某些實施例中，微波傳輸介質152為波導，例如S頻段波導(S band waveguide)。在電漿產生期間，波導152維持處於高電壓。在圖1所示實施例中，波導具有曲部(bend)(其可為H型曲部或E型曲部)。在其他實施例中，根據微波源的位置，可存在零個曲部或任何數目的曲部。在某些實施例中，波導具有用於將微波能量反射最小化的匹配裝置168(圖2)。
為了引起電子迴旋共振，微波具有2.45GHz的頻率。在2.45GHz下，基於電子電荷及電子品質，當磁場B為875高斯(=0.0875特斯拉)時會滿足共振條件。在某些實施例中，永久磁體154產生875高斯的恒定磁場。在其他實施例(圖中未示出)中，具有恒定電流的電磁體提供所述恒定磁場。
在某些實施例中，如在圖2中最清楚顯示，窄的環狀空間172將離解腔室106從管狀的凸緣內部104b分離。舉例來說，在某些實施例中，為了實現緊密性，凸緣外部104a、凸緣內部104b及離解腔室106被設計成在離解腔室106與凸緣內部104b之間具有環狀空間172，且環狀空間172的內徑與外徑之間的距離過小而不能容納磁體154。在其他實施例中，凸緣外部104a、凸緣內部104b及離解腔室106是具有固定尺寸的傳統元件。舉例來說，凸緣外部104a、凸緣內部104b及離解腔室106可為被製作以相容由 加州帕洛阿托的瓦里安公司(Varian,Inc.)出售的瓦里安E500或E220植入機的原裝元件或售後元件。
如上所述，波導152及凸緣外部104a、凸緣內部104b維持處於高電壓。為了避免接地的腔室壁103與高電壓波導152及/或凸緣內部104b之間發生跳火(arcing)，磁體154位於標準氣壓區101中、真空區102外。
標準氣壓區中包括用於將來自磁體154的磁場提供至離解腔室106的磁性材料棒或板156a、156b。在某些實施例中，永久磁體154磁性耦合至磁性材料棒或板156a、156b，磁性材料棒或板156a、156b依次會在離解腔室106中形成磁場。在某些實施例中，所述材料包含一種或多種鐵磁性材料(ferromagnetic material)，例如CoFe、CoFeB、NiFe或NiFeCo。在其他實施例中，所述材料包括一種或多種順磁性材料(paramagnetic material)，例如鎂、鉬、鋰或鉭。舉例來說，磁性材料棒或板156a、156b可包含呈多個棒或板形式的鐵磁性材料或順磁性材料。在某些實施例中，所述磁性材料棒或板156a、156b在離解腔室106的兩個相對側上被形成為平的板。在其他實施例中，磁性材料棒或板156a、156b呈彎曲狀。所述彎曲的板(圖中未示出)可與凸緣內部104b同心。所述多個磁性材料棒或板156a、156b從磁體154延伸至離解腔室106。磁性材料棒或板156a、156b被配置成在離解腔室106內形成實質上均勻的875高斯磁場，所述磁場與來自2.45GHz微 波的電場E結合能夠在氣體中引起電子迴旋共振。在某些實施例中，磁性材料棒或板156a、156b在矩形板中終止，所述磁性材料棒或(矩形)板156a、156b各自的尺寸大約是7cm×25cm。所述板應大到足以在離解腔室中提供實質上均一的875高斯的磁場，又小到足以適配於環狀空間172內而不接觸源頭本體204且不引起跳火。
磁體154的磁場會誘發磁性材料棒或板156a、156b中與磁體154的磁場方向相同的磁場。在某些實施例中，磁性材料棒或板156a、156b分別接觸磁體154的南極及北極以最大化磁性材料棒或板156a、156b中被誘發的磁場。在其他實施例中，磁性材料棒或板156a、156b被定位成分別非常靠近磁體154的南極及北極。相似地，為了最大化離解腔室106中被誘發的磁場，將磁性材料棒或板156a、156b定位成非常靠近離解腔室106。離解腔室106具有介電壁(例如，石英)以允許磁性材料棒或板156a、156b中的磁場穿過離解腔室106的壁。
在圖2中所示的配置中，微波在波導152的縱向方向上以2.45GHz傳輸至離解腔室106中。為875高斯的磁場B在與電場垂直的垂直方向上對齊。低壓氣體經由氣體管線(gas line)120而被提供至離解腔室106。電場與氣體中的自由電子的迴轉週期(gyration period)同步且會在與電場及磁場垂直的方向上增大其動能。這些高能量電子與氣體分子碰撞並引起離解。
在某些實施例中，具有信號線118L的朗繆爾探針(Langmuir probe)118測量電漿腔室108中的電漿的電子溫度、電子密度及電位。板116在將標準氣壓保持在真空區102外的同時容許信號線118L、磁性材料棒或板156a、156b及氣體管線120進入真空區102。
在某些實施例中，環行器(circulator)162向所述系統提供冷卻流體。舉例來說，圖2示出可與環行器162連接的入水口164及出水口166。在某些實施例中，匹配電路160將微波的反射最小化且將施加至電漿的微波能量最大化。
圖2是根據某些實施例的圖1所示離子植入機的實施例的圖。儘管未按比例縮放，然而圖2更清楚地示出源頭本體204的形狀，所述形狀對應於圖1所示凸緣外部104a、凸緣內部104b。圖2還示出真空區102的離解腔室106與源頭本體204之間的有限環狀空間172。如在圖2中最清楚地顯示，在某些實施例中，磁體154具有比源頭本體204的內徑大的外徑，且因此無法在不變更或替換殼體的條件下適配於所述殼體內。
在某些實施例中，源頭本體204、離解腔室106及電漿腔室108是來自(或相容)瓦里安E500或E220植入機或其他在跳火腔室(圖中未示出)中使用熱纖絲(圖中未示出)來將原料氣體電離的植入機的傳統組件。含有微波源(例如，磁控管)150、微波傳輸介質(例如，波導152)、磁體154及磁性材料棒或板156a、 156b的工具組(kit)可被改裝至現有傳統植入機中。所述纖絲被從植入機移除，真空殼體(與離解腔室相鄰)內的電磁體(圖中未示出)也被移除，並以包括微波源(例如，磁控管)150、微波傳輸介質(例如，波導152)、磁體154及磁性材料棒或板156a、156b在內的所述工具組做來代替。在所述代替之後，所述多個磁性材料棒或板156a、156b中的每一個的相應部分延伸超出真空腔室的端部，且磁體154相鄰於(且可接觸)所述多個磁性材料棒或板156a、156b中的每一個的所述相應部分。如圖2中所示，磁體154可能過大而不能適配於離解腔室106與源頭本體204之間的環狀空間172中。舉例來說，用於生成為875高斯的磁場的永久磁體154可大於一種用以加速由熱纖絲形成的離子的電磁體。磁性材料棒或板156a、156b能夠使用任何實體尺寸的磁體154。
在其他實施例(圖中未示出)中，離子植入機中使用ECR來實現電漿產生，且磁體直徑可等於或小於源頭本體204的內徑。舉例來說，在某些實施例中，源頭本體204具有較大的內徑，且磁體位於所述源頭本體與磁性材料棒或板156a、156b之間。
圖3是示出根據某些實施例的用於將植入機的熱纖絲電離系統轉換為電子迴旋共振系統的改裝工具組的元件的示意圖。因此，在某些實施例中，在不改變其他主要硬體的條件下，微波源(例如，磁控管)150、微波傳輸介質(例如，波導152)、磁體154及磁性材料棒或板156a、156b被集成到現有的(傳統的)離子植 入機(並移除所述纖絲及電磁體)中。電漿形成性能得到維持，且隨著時間的推移經歷的劣化更少(原因是不再發生纖絲消耗(filament consumption))。
在使用具有不同配置的源頭的其他實施例(圖中未示出)中，磁體154可位於不同位置，只要磁體154可在離解腔室106中誘發磁場即可。磁性材料棒或板156a、156b仍在縱向方向上從磁體154延伸到至少與離解腔室106一樣遠，且與離解腔室106近到足以在離解腔室106中誘發875高斯的磁場。在某些實施例中，所述板緊鄰離解腔室106。
在某些實施例中，在使離子朝基板190加速之前，微波被從電漿分離。通過從電漿移除微波，所述系統避免了會被控制電路收到的電雜訊。
圖4及圖5示出根據某些實施例的離解腔室106及電漿腔室108的細節。如圖5中所示，為了將微波從電漿分離，離解腔室106具有覆蓋離解腔室106的輸出口107的金屬格柵180。金屬格柵180具有被配置成吸收微波的格柵尺寸。舉例來說，在某些實施例中，微波頻率為2.45GHz，且格柵尺寸被配置成吸收2.45GHz微波。
在某些實施例中，微波頻率為2.45GHz(波長12mm)，且金屬格柵180的格柵尺寸為約1mm或小於1mm，使得離子經由金屬格柵180離開、但沒有微波通過所述格柵。
在某些實施例中，格柵180包含鎢。在其他實施例中，格柵180包含所具有的熔點在電漿的溫度以上的高溫金屬，例如耐熔金屬(refractory metal)(例如：鈮、鉬、鉭、鎢或錸)。
圖6是根據某些實施例的將ECR系統改裝至配備有熱纖絲電漿源的先已存在的(傳統的)植入機中的方法的流程圖。
在步驟600中，從植入機移除源頭。
在步驟602中，從源頭移除纖絲及電磁體。
在步驟604中，將波導連接到離解腔室。
在步驟606中，將磁性材料棒或板配置為一個端部在離解腔室附近，其中所述棒或板位於所述腔室的相對兩側上。
在步驟608中，將源頭本體放回植入機中。
在步驟610中，將例如永久磁體等磁體定位在磁性材料上，使得所述磁體的北極位於一個棒或板上，而所述磁體的南極位於另一棒或板上。
在步驟612，將波導的遠離離解腔室的端部連接到微波源(例如，磁控管)。波導152可在每一端部處具有波導凸緣152f-1、152f-2。與離解腔室106相鄰的波導凸緣152f-2可具有石英視窗，以防止波導152中的任何標準氣壓進入離解腔室106，且反之亦然。
可通過多個螺栓及/或暗銷(dowel pin)(圖中未示出)將波導凸緣152f-1、152f-2貼合至磁控管150。在某些實施例中，在 波導152的每一端部處使用四個螺栓將凸緣152f-1、152f-2貼合至磁控管150及離解腔室106。在某些實施例中，將凸緣152f-1、152f-2穿套安裝(through-mounted)至波導152並進行銅焊或錫焊。在其他實施例中，將凸緣152f插接安裝(socket-mounted)並錫焊或銅焊至波導152。波導凸緣152f-1、152f-2可為氣密的，且波導152中可具有氣體以提升波導152中的擊穿電壓(breakdown voltage)。在某些實施例中，以面對波導凸緣152f-1、152f-2的凹槽中的橡膠O型環(圖中未示出)來密封波導凸緣152f-1、152f-2。在其他實施例中，以平的墊圈(gasket)來密封波導凸緣152f-1、152f-2。
圖7是根據某些實施例的使用圖1所示ECR電漿產生系統的方法的流程圖。
在步驟700中，經由氣體管線120將含有摻雜劑(例如，硼、磷或砷)的氣體供應至植入機源頭的殼體204內的離解腔室106。
在步驟702中，使用殼體外的磁體在離解腔室中形成磁場。將磁體磁性耦合至離解腔室。在某些實施例中，通過磁體來在相鄰於所述離解腔室且位於離解腔室的至少兩側上的多個磁性材料板中誘發磁場。
在步驟704中，將微波供應至離解腔室，從而使得所述微波及磁場在離解腔室106中通過電子迴旋共振來引起氣體的離 解，以形成電漿。所述微波使電子吸收共振吸收能並與摻雜劑氣體進行碰撞而引起進一步的電離。結果得到具有電子、離子、自由基及中性原子的電漿。
在步驟706中，從離解腔室將電漿收集至電漿腔室中。電漿產生在離解腔室106中並朝電漿腔室108移動。沿磁場提取的電漿流的密度在離解腔室106的中心處比在離解腔室106的壁附近高。此會使位於離解腔室106的中心處的離子沿磁性焊劑線朝電漿腔室108擴散，同時中性原子維持在離解腔室106中。
在步驟708中，使電漿中的離子加速，使得所述離子具有足夠能量以將離子植入半導體基板中。再次參照圖1，通過由一個或多個提取電極112所產生的電場從電漿腔室108提取來自離解腔室106的離子(圖1)。將真空腔室壁103接地。離開電漿腔室的離子(圖中未示出)帶正電荷。將提取板112耦合至地，從而在電漿腔室108的輸出口與提取板112之間生成電場。提取板112從電漿腔室108提取離子，以經由提取板112中的開口朝基板190引導離子束。抑制板110防止二次電子衝撞電漿腔室108。
在步驟710中，通過吸收電漿腔室的輸出口的金屬格柵中的微波而在離解腔室的出口處將所述微波從電漿分離。如圖5中所示，為了將微波從電漿分離，離解腔室106具有覆蓋離解腔室106的輸出口107的金屬格柵180。電漿會在離子束被朝提取板112吸引之前穿過金屬格柵180且會穿過所述提取板中的開口 112a。金屬格柵180吸收微波，使得所述微波不會離開離解腔室106。
本文中闡述其中用於對半導體基板進行植入的離子植入機配備有基於ECR的電漿產生系統的實施例。在某些實施例中，將ECR系統改裝至傳統熱纖絲型離子植入機。將微波供應至離解腔室，且在所述離解腔室中生成磁場，以在氣體饋送至所述腔室時引起ECR。在某些實施例中，離解腔室中的磁場是由位於植入機源頭的真空區外的磁體所生成。所述磁體在離解腔室的相對兩側上的磁性材料棒或板中誘發磁場，所述磁性材料棒或板在真空區內延伸且包括非常靠近所述離解腔室的某些部分。離解腔室的輸出口的金屬格柵將微波從電漿分離，因此僅電漿離開腔室，使得雜訊得到降低。
本文所述離子植入機不需要熱纖絲，且避免了纖絲的消耗及氧化。省去了替換纖絲的成本。另外，由於不消耗纖絲，因此不會因粘貼在腔室壁上並產生副產物的氣化纖絲材料(例如，鎢原子)而造成污染。由於無需替換纖絲，因此本文所述離子植入機具有提高的壽命及降低的維護成本。
在某些實施例中，一種離子植入機包括一離解腔室、真空腔、多個磁性材料棒或板、一磁體以及一微波源。所述離解腔室位於所述離子植入機中。所述離解腔室具有用於接收氣體的一輸入口及用於輸出離子的一輸出口。真空腔室環繞所述離解腔室。磁性 材料棒或板在所述離解腔室的至少兩側上與所述離解腔室相鄰。磁體磁性耦合至所述多個磁性材料棒或板。微波源被提供用於向所述離解腔室供應微波，以在所述離解腔室中引起電子迴旋共振來將所述氣體電離。
在某些實施例中，離子植入機還包括一殼體，其中所述多個磁性材料棒或板位於所述殼體及所述真空腔室之間。
在某些實施例中，所述磁體位於所述真空腔室外。
在某些實施例中，所述多個磁性材料棒或板中的每一個的一相應部分延伸超出所述真空腔室的一端部，且所述磁體與所述多個磁性材料棒或板中的每一個的所述相應部分相鄰。
在某些實施例中，所述離解腔室具有覆蓋所述離解腔室的所述輸出口的一金屬格柵，所述金屬格柵所具有的格柵尺寸被配置成吸收由所述微波源產生的微波。
在某些實施例中，所述金屬格柵包含鎢、鈮、鉬、鉭或錸。
在某些實施例中，所述微波源是通過微波傳輸介質耦合至所述離解腔室的一磁控管頭。
在某些實施例中，所述磁性材料包含由CoFe、CoFeB、NiFe及NiFeCo組成的群組中的至少一種。
在某些實施例中，一種離子植入機包括一離解腔室、一真空腔室、一磁體以及一微波源。所述離解腔室位於所述離子植入機中，用於將氣體離解成離子。所述離解腔室具有用於接收所述氣體 的一輸入口及用於輸出所述離子的一輸出口。真空腔室環繞所述離解腔室。磁體磁性耦合以在所述離解腔室中產生磁場。微波源被提供用於向所述離解腔室供應微波以在所述離解腔室中引起電子迴旋共振。所述微波具有頻率，且所述離解腔室具有覆蓋所述離解腔室的所述輸出口的一金屬格柵。所述金屬格柵所具有的格柵尺寸被配置成吸收具有所述頻率的微波。
在某些實施例中，所述金屬格柵包含鎢、鈮、鉬、鉭或錸。
在某些實施例中，離子植入機還包括多個磁性材料板，每一所述磁性材料板具有在所述離解腔室的一相應側上與所述離解腔室相鄰的一第一部分，且其中所述磁體磁性耦合至每一所述磁性材料板的一第二部分。
在某些實施例中，離子植入機還包括一殼體，其中所述多個磁性材料板位於所述殼體與所述離解腔室之間。
在某些實施例中，所述多個磁性材料板中的每一個延伸超出所述真空腔室的遠離所述離解腔室的一端部，且所述磁體位於所述殼體外並與所述多個磁性材料板中的每一個的遠離所述離解腔室的所述端部相鄰。
在某些實施例中，所述微波源是電連接到波導的一磁控管頭，所述波導延伸至所述離解腔室。
在某些實施例中，所述磁性材料包含由CoFe、CoFeB、NiFe及NiFeCo組成的群組中的至少一種。
在某些實施例中，所述磁體具有比所述殼體的直徑大的一直徑。
在某些實施例中，一種在半導體基板中植入離子的方法包括：向一殼體內的一離解腔室供應氣體；使用位於所述殼體外的一磁體以在所述離解腔室中形成一磁場，所述磁體磁性耦合至所述離解腔室；向所述離解腔室供應微波，使得所述微波及所述磁場在所述離解腔室中通過電子迴旋共振來引起氣體的離解，以形成電漿；以及使所述電漿中的離子加速，使得所述離子具有足夠的能量以將所述離子植入所述半導體基板中。
在某些實施例中，所述形成所述磁場的步驟包括從所述磁體通過在所述離解腔室的至少兩側上與所述離解腔室相鄰的多個磁性材料棒或板供應所述磁場。
在某些實施例中，所述磁場是通過磁性材料棒或板被提供至所述離解腔室，所述磁性材料棒或板從所述磁體延伸至所述殼體內的區並與所述離解腔室相鄰。
在某些實施例中，所述的方法還包括：從所述離解腔室收集電漿至電漿腔室；以及在所述離解腔室的一出口處將所述微波從所述電漿分離。
以上概述了若干實施例的特徵，以使所屬領域中的技術人員可更好地理解本發明實施例的各個方面。所屬領域中的技術人員應知，其可容易地使用本發明實施例作為設計或修改其他工 藝及結構的基礎來實施與本文中所介紹的實施例相同的目的及/或實現與本文中所介紹的實施例相同的優點。所屬領域中的技術人員還應認識到，這些等效構造並不背離本發明實施例的精神及範圍，而且他們可在不背離本發明實施例的精神及範圍的條件下對其作出各種改變、代替及變更。
雖然本發明實施例已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明實施例，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明實施例的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明實施例的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100:植入機系統/離子植入機
101:標準氣壓區
102:真空區
103:腔室壁
104a:凸緣外部
104b:凸緣內部
106:離解腔室
107:輸出口
108:電漿腔室
110:抑制板
112:提取板/提取電極
112a:開口
114:套管
116:板
118:朗繆爾探針
118L:信號線
120:氣體管線
121:輸入口
150:微波源/磁控管
152:微波傳輸介質/波導
154:永久磁體/磁體
156a、156b:磁性材料棒或板
160:匹配電路
162:環行器
190:基板

Claims (10)

  1. 一種離子植入機，包括：一離解腔室，位於該離子植入機中，該離解腔室具有用以接收氣體的一輸入口以及用以輸出離子的一輸出口；一真空腔室，環繞該離解腔室；多個磁性材料棒或板，在該離解腔室的至少兩側上與該離解腔室相鄰且延伸至所述真空腔室內，並且該些磁性材料棒或板內的磁場延伸穿過所述離解腔室的壁；一磁體，磁性耦合至該些磁性材料棒或板並設置於所述真空腔室外，其中所述磁體被配置成用於在所述磁性材料棒或板內生成所述磁場；以及一微波源，用於對該離解腔室供應微波，以在該離解腔室中引起電子迴旋共振來將該氣體電離。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的離子植入機，更包括殼體，其中所述多個磁性材料棒或板位於所述殼體及所述真空腔室之間。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的離子植入機，所述離解腔室具有覆蓋所述離解腔室的所述輸出口的金屬格柵，所述金屬格柵所具有的格柵尺寸被配置成吸收由所述微波源產生的微波。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的離子植入機，所述微波源是通過微波傳輸介質耦合至所述離解腔室的磁控管頭。
  5. 一種離子植入機，包括： 離解腔室，位於所述離子植入機中，用於將氣體離解成離子，所述離解腔室具有用於接收所述氣體的輸入口及用於輸出所述離子的輸出口；真空腔室，環繞所述離解腔室；多個磁性材料棒或板，在所述離解腔室的至少兩個側上與所述離解腔室相鄰且延伸至所述真空腔室內，並且所述多個磁性材料棒或板內的磁場延伸穿過所述離解腔室的壁；磁體，設置在所述真空腔室外，且磁性耦合以在所述磁性材料棒或板內生成所述磁場；以及微波源，用於向所述離解腔室供應微波以在所述離解腔室中引起電子迴旋共振，其中所述微波具有頻率，且所述離解腔室具有覆蓋所述離解腔室的所述輸出口的金屬格柵，所述金屬格柵所具有的格柵尺寸被配置成吸收具有所述頻率的微波。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的離子植入機，更包括多個磁性材料板，每一所述磁性材料棒或板具有在所述離解腔室的相應側上與所述離解腔室相鄰的第一部分，且其中所述磁體磁性耦合至每一所述磁性材料板的第二部分。
  7. 如申請專利範圍第5項所述的離子植入機，所述微波源是電連接到波導的磁控管頭，所述波導延伸至所述離解腔室。
  8. 如申請專利範圍第5項所述的離子植入機，所述磁體具有比所述離子植入機的殼體的直徑大的直徑。
  9. 一種將離子植入半導體基板中的方法，包括： 向殼體內的離解腔室供應氣體；使用位於所述殼體外的磁體以及延伸至所述殼體內的多個磁性材料棒或板以在所述離解腔室中形成磁場，所述磁性材料棒或板在所述離解腔室的至少兩個側上與所述離解腔室相鄰，並且所述多個磁性材料棒或板內的磁場延伸穿過所述離解腔室的壁，所述磁體磁性耦合至所述離解腔室，其中所述磁體被配置成用於在所述磁性材料棒或板內生成所述磁場；向所述離解腔室供應微波，使得所述微波及所述磁場在所述離解腔室中通過電子迴旋共振來引起氣體的離解，以形成電漿；以及使所述電漿中的離子加速，使得所述離子具有足夠的能量以將所述離子植入所述半導體基板中。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的方法，更包括：從所述離解腔室收集電漿至電漿腔室；以及在所述離解腔室的出口處將所述微波從所述電漿分離。
TW106141785A 2016-12-15 2017-11-30 離子植入機以及將離子植入半導體基板中的方法 TWI742208B (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201662434682P 2016-12-15 2016-12-15
US62/434,682 2016-12-15
US15/475,196 US10163609B2 (en) 2016-12-15 2017-03-31 Plasma generation for ion implanter
US15/475,196 2017-03-31

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201824366A TW201824366A (zh) 2018-07-01
TWI742208B true TWI742208B (zh) 2021-10-11

Family

ID=62562692

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW106141785A TWI742208B (zh) 2016-12-15 2017-11-30 離子植入機以及將離子植入半導體基板中的方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10163609B2 (zh)
CN (1) CN108231514B (zh)
TW (1) TWI742208B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10886098B2 (en) * 2018-11-20 2021-01-05 Applied Materials, Inc. Electrostatic filter and ion implanter having asymmetric electrostatic configuration

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4778561A (en) * 1987-10-30 1988-10-18 Veeco Instruments, Inc. Electron cyclotron resonance plasma source
US4780642A (en) * 1986-03-13 1988-10-25 Commissariat A L'energie Atomique Electron cyclotron resonance ion source with coaxial injection of electromagnetic waves
US5506475A (en) * 1994-03-22 1996-04-09 Martin Marietta Energy Systems, Inc. Microwave electron cyclotron electron resonance (ECR) ion source with a large, uniformly distributed, axially symmetric, ECR plasma volume
TW288251B (zh) * 1993-01-12 1996-10-11 Tokyo Electron Co Ltd
TW201434070A (zh) * 2013-02-18 2014-09-01 Sumitomo Heavy Industries 微波離子源及其啓動方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1028588C (zh) * 1990-03-23 1995-05-24 四川大学 微波等离子体的产生方法和装置
FR2671931A1 (fr) * 1991-01-22 1992-07-24 Metal Process Dispositif de repartition d'une energie micro-onde pour l'excitation d'un plasma.
CA2102201A1 (en) * 1991-05-21 1992-11-22 Ebrahim Ghanbari Cluster tool soft etch module and ecr plasma generator therefor
JPH05314918A (ja) * 1992-05-13 1993-11-26 Nissin Electric Co Ltd イオン源用マイクロ波アンテナ
US5289010A (en) * 1992-12-08 1994-02-22 Wisconsin Alumni Research Foundation Ion purification for plasma ion implantation
JP3147595B2 (ja) * 1993-07-22 2001-03-19 富士電機株式会社 電磁波検出装置
JPH08102279A (ja) * 1994-09-30 1996-04-16 Hitachi Ltd マイクロ波プラズマ生成装置
JPH09266096A (ja) * 1996-03-28 1997-10-07 Hitachi Ltd プラズマ処理装置及びこれを用いたプラズマ処理方法
JP3368790B2 (ja) * 1997-02-20 2003-01-20 日新電機株式会社 イオン源装置
JP3608416B2 (ja) * 1999-02-02 2005-01-12 日新電機株式会社 プラズマ源
US20050242293A1 (en) 2003-01-07 2005-11-03 Benveniste Victor M Mounting mechanism for plasma extraction aperture
JP4992885B2 (ja) * 2008-11-21 2012-08-08 日新イオン機器株式会社 プラズマ発生装置
CN202695519U (zh) * 2012-07-17 2013-01-23 大连理工常州研究院有限公司 一种采用金属基片制备垂直GaN基LED芯片的设备

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4780642A (en) * 1986-03-13 1988-10-25 Commissariat A L'energie Atomique Electron cyclotron resonance ion source with coaxial injection of electromagnetic waves
US4778561A (en) * 1987-10-30 1988-10-18 Veeco Instruments, Inc. Electron cyclotron resonance plasma source
TW288251B (zh) * 1993-01-12 1996-10-11 Tokyo Electron Co Ltd
US5506475A (en) * 1994-03-22 1996-04-09 Martin Marietta Energy Systems, Inc. Microwave electron cyclotron electron resonance (ECR) ion source with a large, uniformly distributed, axially symmetric, ECR plasma volume
TW201434070A (zh) * 2013-02-18 2014-09-01 Sumitomo Heavy Industries 微波離子源及其啓動方法

Also Published As

Publication number Publication date
TW201824366A (zh) 2018-07-01
CN108231514B (zh) 2021-12-03
US20180174807A1 (en) 2018-06-21
CN108231514A (zh) 2018-06-29
US10163609B2 (en) 2018-12-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0184812B1 (en) High frequency plasma generation apparatus
US7176469B2 (en) Negative ion source with external RF antenna
JP5610543B2 (ja) イオンソース
JPH02501965A (ja) 電子サイクロトロン共鳴プラズマ源
TWI467615B (zh) 離子源與調整離子束均一性的方法
CN109786205B (zh) 电子回旋共振离子源
US20100148088A1 (en) Techniques for providing a multimode ion source
CN103956314B (zh) 一种微波驱动无铯负氢离子源
KR20010014462A (ko) 플라즈마 원 및 이것을 이용한 이온주입장치
CN109712858B (zh) 激光微波离子源
US6184625B1 (en) Ion beam processing apparatus for processing work piece with ion beam being neutralized uniformly
TWI343589B (en) Ion source apparatus and electronic energy optimized method therefor
US6975072B2 (en) Ion source with external RF antenna
TWI742208B (zh) 離子植入機以及將離子植入半導體基板中的方法
KR20090037343A (ko) 자화된 유도결합형 플라즈마 처리장치 및 플라즈마 발생방법
US7947965B2 (en) Ion source for generating negatively charged ions
JP2008234880A (ja) イオン源
JP2016035925A (ja) プラズマビーム発生方法並びにプラズマ源
WO2013077555A1 (ko) 전자 맴돌이 공명 이온원 장치 및 이의 인출 전류를 증가시키는 방법
JP2008128887A (ja) プラズマ源，それを用いた高周波イオン源，負イオン源，イオンビーム処理装置，核融合用中性粒子ビーム入射装置
WO2009048294A2 (en) Magnetized inductively coupled plasma processing apparatus and generating method
JPS6386864A (ja) イオン源
US11574788B1 (en) Ion source having a magnetic field translatable along an axis of the source
US11810763B2 (en) Distributed ground single antenna ion source
Takagi et al. A 2.45 GHz microwave negative hydrogen ion source